JPS60228851A

JPS60228851A - 熱交換器

Info

Publication number: JPS60228851A
Application number: JP8643784A
Authority: JP
Inventors: Yu Fukuda; 祐福田; Yasunori Kaneko; 金子　康典
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1984-04-27
Filing date: 1984-04-27
Publication date: 1985-11-14

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は、温水器、湯沸器などに使用され、銅製伝熱部
材を有する熱交換器に関するものである。

従来例の構成とその問題点従来より、この種の熱交換器の伝熱部材は加工性、熱伝
導性が良好で、かつ一般の水道水に対して耐食的である
銅を用いることが多い。しかし、地下水のようにｐＨ（
水素イオン濃度）が７以下で遊離炭酸（水中に溶解した
炭酸ガス）や硝酸イオンが多量に存在したシ、海岸地区
の水道水のように塩素イオンが多量に存在するような水
質環境下では前記鋼が腐食され、水中に銅が溶出する。

この溶出した銅イオンを含む水を風呂等で使用した際、
銅イオンが石けんなどの脂肪酸と反応して青色の銅錯塩
を形成し、これがタオルに吸ｉして青く変色させたシ、
浴槽の周囲を青く変色させるなどの問題があった。また
、腐食が進行すれば銅に穴があいたシして熱交換器とし
ての機能が失われたシ、機器としての信頼性を著しく損
われるということも充分考えられる。

この問題を解決するために前記銅製伝熱部材表面に、ニ
ッケル、スズなどの金属メッキ層や塗料によるコーティ
ング層を形成するなどの表面処理を施す手段がとられて
きたが、ニッケル、スズなどの金属メッキは銅よシも電
位的に卑な金属であるので前述のような水質環境下では
メッキ層が短期間で腐食を起こすためメッキ層の剥離、
消耗によシ銅が露出し銅も短期間で腐食するという問題
を有し、また、塗料によるコーティングは、数十μｍレ
ベルでの薄厚ではコーティング層に存在するピンホール
を介して銅が腐食するという問題があシ、一方、数百μ
ｍの厚膜では銅の腐食が抑制できるが熱伝導が著しく損
なわれ、熱効率が低下するという問題があった。

発明の目的本発明はかかる従来の問題を解消するもので、長期にわ
たシ、銅製伝熱部材よりなる熱交換器の腐食を防止する
とともに優れた熱効率を維持し、耐久性、信頼性の向上
を図ることを目的とする。

発明の構成上記目的を達成するために本発明の熱交換器は銅製伝熱
部材の水と接触する側の表面に、アクリル樹脂とメラミ
ン樹脂とエポキシ樹脂を主成分とする有機バインダーを
塗布し、加熱硬化して得られる第１のコーティング層と
、前記第１のコーティング層表面に、アクリル樹脂とメ
ラミン樹脂とエポキシ樹脂を主成分とする有機バインダ
ーに無機充填材を分散混合した塗料を塗布し、加熱硬化
して得られる第２のコーティング層と、前記第２のコー
ディング層表面に、アクリル樹脂とメラミン樹脂とエポ
キシ樹脂を主成分とする有機バインダーを塗布し、加熱
硬化して得られる第３のコーティング層を形成したもの
である。

この構成により、熱交換器が地下水などのように水質の
悪い環境下で使用されても第１、第２、第３のコーティ
ング層に用いる有機バインダーが加熱硬化した際ピンホ
ールが少なく分子構造が三次元の非常に密なコーティン
グ層を形成し得るので、水中に存在する腐食因子や水分
子の侵入は著しく抑制され、特に第１、第３のコーティ
ング層を設けることで銅製伝熱部材の腐食を著しく防止
することができる。また、第２のコーティング層には耐
食性、熱伝導性に優れた無機充填材が存在するため、銅
製伝熱部材から水への熱伝達を効率良く行なうことがで
きる。

実施例の説明以下本発明の実施例について、図面にょシ説明する。

第１図は本発明の一例として適用されるヒートパイプ式
太陽熱温水器の断面図である。同一において１は太陽エ
ネルギーを集熱する集熱板、２は銅製伝熱部材よシなる
ヒートパイプ式熱交換器、３はフロンガスなどの熱媒、
４は水を溜めておく貯湯槽である。本発明は貯湯槽４の
中の水と接触する側の銅製伝熱部材よシなるヒートパイ
プ式熱交換器２の表面に適用される。

第２図は、本発明の一実施例を示す要部断面図である。

図において５は銅製伝熱部材であシ、この表面に、アク
リル樹脂、メラミン樹脂、エポキシ樹脂を主成分とする
有機バインダーよシなる第１のコーティング層６と、コ
ーティング層６に用いる有機バインダーに無機充填材ａ
を分散混合した塗料よシなる第２のコーティング層７と
、さらに第１のコーティング層６と同一組成の有機バイ
ンダーよシなる第３のコーティング層８がそれぞれ加熱
硬化させることにより順次形成される。

コーティング層６．７．８に用いるアクリル樹脂とメラ
ミン樹脂とエポキシ樹脂よシなる有機バインダーは、ガ
ラス転移点が低いため加熱硬化の際下地との濡れ性が良
好であシ、ピンホールの発生がきわめて少なく、しかも
前記３種の樹脂が硬化反応によって分子構造が３次元の
非常に密な網目構造となるために水分子や腐食因子に対
するバリア性が高く、特に、前記有機バインダーのみよ
多構成される第１のコーティング層６と第３のコーティ
ング層８はバリア性に優れたコーティング層となる。

一方、第２のコーティング層７は耐食性、熱伝導性に優
れた炭化ケイ素、酸化アルミニウム、ステンレスなどの
粉末よりなる無機充填材ａが均一に分散して２す、熱伝
導性に優れたコーティング層となっている。

これらのコーティング層の形成手段は、スプレー法、浸
漬法のいずれも適用可能であり、第１及び第３のコーテ
ィング層６．８は１０〜５０μｍ、第２のコーティング
層７は５０〜１００μｍレベルの膜厚で形成される。

この構成において、第１図に示す太陽熱温水器などが地
下水のような水質の悪い（腐食性の強い）環境下で使用
されても第３のコーティング層８が非常に緻密でバリア
性に優れているので数十μｍの薄膜下でも水分子や腐食
因子（ＮＯ３−１ｃｅ−など）の侵入を著しく防止でき
る。しかしながら、時間の経過とともにコーティング層
中に存在するわずかなピンホー／Ｌ／（完全に無くすこ
とは不可能）や分子構造のすきまを介してわずかに前記
水分子や腐食因子の侵入してくるが、第２のコーティン
グ層７が厚膜であることや第１のコーティング層６が第
３のコーティング層８と同様にバリア性に優れているた
め、これらのコーティング層でほとんど侵入を防止する
ことができ、銅製伝熱部材５の腐食を著しく防止するこ
とができる。

また、第２のコーティング層７には熱伝導性に優しタ炭
化ケイ素、酸化アルミニウム、ステンレスなどの粉末よ
りなる無機充填材ａを含有しているためこのコーティン
グ層の熱伝導性が良好であシ、かつ第１、第３のコーテ
ィング層６．８が数十μｍと薄膜で構成しているため、
この部分の熱抵抗はわずかなものであることから、銅製
伝熱部材５から水への熱伝達は効率良く行なわれる。

したがって、銅製伝熱部材５０表面に、第１、第２及び
第３のコーティング層６．７．８を形成することにより
、銅製伝熱部材５の腐食を防止できるので銅が水中へ溶
出することがなくなシ、浴槽やタオルが青く変色するの
を防止できるとともに熱交換器としての耐久性、信頼性
を大幅に向上させることができ、かつ、前記コーティン
グ層が熱伝導性に優れているので優れた熱効率を実現で
き、しかも長期にわたり優れた熱効率を維持することが
できる。

本発明に用いる有機バインダーであるアクリル樹脂とメ
ラミン樹脂とエポキシ樹脂の組成比は、メラミン樹脂が
アクリル樹脂に対し７０重量％以下になると硬化後の分
子構造が緻密でなくなるために水分子や腐食因子の侵入
が容易になシバリア性が低下し、１００重量％以上にな
ると硬化後のコーティング層が著しく硬くなり、機械的
な衝撃や曲げに対し弱くなシコーティング層が剥離しゃ
すくなることから、アクリル樹脂に対しメラミン樹脂が
７０〜１００重量％であることが望ましい〇また、エポ
キシ樹脂はアクリル樹脂に対し５重量Ｓ以下になると銅
製伝熱部材５や各々のコーティング層との密着性やバリ
ア性が劣化し、２０重量％以上になるとコーティング層
自身が脆くなることから、アクリル樹脂に対しエポキシ
樹脂が５〜２０重量％であることが望ましい。

一方、第２のコーティング層７は無機充填材ａを含有す
るために３つのコーティング層中環も銅との密着性に劣
シ、しかもピンホールが多く存在するためこの組成のコ
ーティング層を銅製伝熱部材５０表面に直接形成した場
合にはコーティング層全体が銅製伝熱部材５表面から剥
離を起こしたり、また、水と接触する側に形成した場合
には水分子などの侵入が多くなシ、コーティング層表面
が劣化しやすくなるため無機充填材が水中に混入するな
どの懸念があることから、アクリル樹脂とメラミン樹脂
とエポキシ樹脂よりな・る有機バインダーのみの第１及
び第３のコーティング層６．８の間に無機充填材ａを含
有する第２のコーティング層７を形成するコーディング
構成が艮く、この構成によりはじめて優れた耐食性と密
着性を実現することができる。

本発明に用いる無機充填材ａは、熱伝導性に優れている
ものであればいずれも適用可能であるが特に水や腐食因
子による耐食性を兼ねそなえたものが艮く、これらとし
ては炭化ケイ素粉末、酸化アルミニウム（アルミナ）粉
末、ステンレス粉末が挙げられ、これら単独でも混合物
でも適用可能であシ、無機充填材ａの総量が前記有機バ
インダーに対し、５０〜１００重量％であることが密着
性、熱伝導性の両立の点から望ましい。

次に本発明の具体的効果を表わす実験結果を説明する。

伝熱部材として鋼管（外径１６闇、内径１４欄、長さ１
５０ｗａ）を用い、この表面に、アクリル樹脂１００重
量部、メラミン樹脂９０重量部、エポキシ樹脂１０重量
部からなる有機バインダーをトルエン及び酢酸エタルの
混合溶剤で希釈し、スプレーによシ塗布し、１６０℃で
２０分焼成し膜厚が２０μｍレベルの第１のコーティン
グ層を形成した。次に第１のコーティング層表面に前述
と同一組成の有機バインダー２＜）０重量部に無機充填
材として平均粒径が０．３μｍの炭化ケイ素粉末１００
重量部を添加し、ボールミルで５時間分散混合して得た
塗料をスプレーにより塗布し、１６０℃で２０分焼成し
膜厚が７０μｍレベルの第２のコーティング層を形成し
た。さらに、この第２のコーティング層表面に前記第１
のコーティング層と同一組成の有機バインダーを同一条
件で塗布焼成し、膜厚が２０μｍレベルの第３のコーテ
ィング層を形成し、試料を作成した。

また、第２のコーティング層の形成に用いた炭化ケイ素
粉末の代わりに平均粒子径が０．２μｍの酸化アルミニ
ウムと平均粒子径が２０〜３０μｍのフレーク状ステン
レス粉末を用いた系についても同様に試料を作成した。

実験例１以上のように作成した３層のコーティング層を有する本
発明の試料３種類について８０℃の熱水中で３０００時
間の浸漬試験を実施したが、いずれの試料もコーティン
グ層のふくれ、剥離や第２のコーティング層中に含有し
ている無機充填材の水中への混合人がなく艮好な結果を
得た。

実験例２次に、先に作成した本発明の３種類の試料について塩素
イオンが１１０００ｐｐ含む６０℃の水溶液中に浸漬し
、１０００時間の浸漬試験を実施した。なお、比較のた
め、第１及び第３のコーティング層の形成に用いた同一
組成の有機バインダーを銅・管に塗布し、膜厚が２０ｐ
ｍレベルのコーティング層を１層形成した試料について
も同様に試験を実施した。

試験後のコーティング層はいずれの試料もふくれ、剥離
がなく良好な結果を得た。さらに、試験後の試験溶液を
採取し、原子吸光光度計により銅イオンの分析を実施し
たところ、前述の有機バインダーによるコーティング層
を１層形成した試料は１０ｐｐｍの銅イオンを検出した
が、本発明のコーティング層を形成した３種類の試料は
銅イオンがまったく検出されず、さらに、無機充填材を
構成する元素についても分析したところいずれも！検出されず、本発明のコーティング層が耐食性に優れて
いることが実証された。

実験例３第１図に示すヒートパイプ式太陽熱温水器を用い、水と
接触する側の銅製伝熱部材よシなるヒートパイプ式熱交
換器２の表面に本発明のコーティング層を形成したもの
と、コーティング層なしの２種類について熱効率を湯温
の温度上昇値で評価したところ、両者は同レベルの性能
を示し、本発明のコーティング層が熱伝導率に優れてい
ることが実証された。

実験例４本発明のコーティング層について、良品衛生法（厚生省
告示第４３４号）に基づく規格試験を実施したが、フェ
ノール、ホルムアルデヒド、重金属などの有害物質は検
出されなかった。したがって、本発明のコーティング層
を形成した熱交換器を通過した水を飲んでも人体に害を
及ぼすことがなく安全でかつ衛生的である。

発明の効果以上のように本発明の熱交換器によれば次の効果を得る
ことができる。

（１）伝熱部材である銅の腐食を著しく抑制し、銅イオ
ンの溶出を防止できるので、銅イオンが原因で発生する
タオルや浴槽の青い変色を防止することができる。

（２）　銅製伝熱部材の腐食を長期にわたシ防止できる
ので熱交換器としての耐久性、信頼性の向とを大幅に図
ることができる。

（３）熱伝導率に優れ、かつ耐食性に優れているので熱
効率が良く、長期にわた勺これを維持することができる
。

（４給湯水中に金属イオンや人体に有害な物質の溶出が
ないため安全で衛生的である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一例として適用されるヒートパイプ式
太陽熱温水器の断面図、第２図は本発明の一実施例を示
す要部断面図である。６・・・・・・銅製伝熱部材、６・・・・・・第１のコ
ーティング層、７・・・・・・第２のコーティング層、
８・・・・・・第３のコーティング層、ａ・・・・・・
無機充填材。第１図第２図　ｌ

Claims

【特許請求の範囲】

（１）銅製伝熱部材の水と接触する側の表面に、アクリ
ル樹脂とメラミン樹脂とエポキシ樹脂を主成分とする有
機バインダーを塗布し、加熱硬化して得られる第１のコ
ーティング層と、前記第１のコーティング層表面に、ア
クリル樹脂とメラミン樹脂とエポキシ樹脂を主成分とす
る有機バインダーに無機充填材を分散混合した塗料を塗
布し、加熱硬化して得られる第２のコーティング層と、
前記第２のコーティング層表面に、アクリル樹脂とメラ
ミン樹脂とエポキシ樹脂を主成分とする有機バインダー
を塗布し、加熱硬化して得られる第３のコーティング層
を形成してなる熱交換器。
（２）第１のコーティング層、第２のコーティング層、
第３のコーティング層に用いるアクリル樹脂とメラミン
樹脂とエポキシ樹脂よシなる有機バインダーの組成が、
アクリル樹脂に対し、メラミン樹脂が７０〜１００重量
％、エポキシ樹脂が５〜２０重量％である特許請求の範
囲第１項記載の熱交換器。
（３）無機充填材が、炭化ケイ素粉末、酸化アルミニウ
ム粉末、ステンレス粉末の群から選択された１種以上よ
シなる特許請求の範囲第１項記載の熱交換器。